способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта (варианты)

Формула изобретения

1. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, отличающийся тем, что при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую же обработку проводят при плотности тока 0,5 5,0 А/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплава на основе железа.

2. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, отличающийся тем, что при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, полученный раствор, содержащий хлорид алюминия, перед проведением гидролиза смешивают с природным бишофитом в массовом соотношении (1 0,01) (0,01 1), электрохимическую же обработку проводят при плотности тока 0,5 5 А/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплавов на основе железа.

3. Способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, отличающийся тем, что при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, который предварительно смешивают с природным бишофитом в массовом соотношении (1 0,01) (0,01 1), а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую обработку проводят при плотности тока 0,5 5 А/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплава на основе железа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов для очистки сточных вод от твердых и жидких диспергированных веществ, в частности от нефтепродуктов, от природных взвешенных веществ и коллоидных примесей.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является двухстадийный способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включающий получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и гидролиз полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока определенной его плотностью на электродах (пат. СССР N 660584 кл. C 01 F 7/56, 1979).

Причинами, препятствующими достижению заданного технического результата, являются: применение электродов из листового алюминия на стадии гидролиза хлорида алюминия, большое содержание алюминия в готовом продукте, а также значительный расход алюминия при очистке загрязненной воды.

В предлагаемом изобретении решается важнейшая задача разработки экономически выгодных способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов, служащих для очистки сточных вод от жидких и твердых диспергированных веществ.

При реализации предлагаемых способов получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов получают следующий технический результат: возможность получения коагулянта, содержащего одновременно хлориды алюминия и железа, имеющие широкий спектр действия при различных pH сточной воды.

Поставленный технический результат достигается по первому варианту тем, что способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта включает получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, причем при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, электрохимическую же обработку проводят при плотности тока 0,5 5,0 а/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплава на основе железа.

По второму варианту поставленный технический результат достигается тем, что способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включает получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, причем при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, а в качестве алюминийсодержащего материала металлический алюминий, полученный раствор, содержащий хлорид алюминия, перед проведением гидролиза смешивают с природным бишофитом в массовом соотношении (1 0,01):(0,01 1), электрохимическую же обработку проводят при плотности тока 0,5 5,0 а/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплава на основе железа.

По третьему варианту поставленный технический результат достигается тем, что способ получения хлоралюминийсодержащего коагулянта, включает получение раствора, содержащего хлорид алюминия, путем химического растворения алюминийсодержащего материала в растворе, содержащем соляную кислоту, и проведение гидролиза полученного раствора путем его электрохимической обработки при воздействии постоянного тока, причем при получении раствора, содержащего хлорид алюминия, берут 5 10%-ный раствор соляной кислоты, который предварительно смешивают с природным бишофитом в массовом соотношении (1 0,01):(0,01 0 1), а в качестве алюминийсодержащего материала - металлический алюминий, электрохимическую же обработку проводят при плотности тока 0,5 5,0 а/дм² в течение 5 30 ч и использовании анодов из сплава на основе железа.

Природный бишофит представляет собой светлую или светло-желтую сиропообразную жидкость и имеет следующий состав:

компоненты в г/на 1 л воды

CaCl₂ 7,42

KCl 0,02

Br₂ 0,10

MgCl₂ 77,55

CaCO₃ 0,05

CaSO₄ 1,07

При электролизе растворов хлорида алюминия на анодах из сплавов на основе железа наряду с оксихлоридами алюминия образуются хлориды железа FeCl₂ и FeCl₃, за счет растворения анода, которые вместе с гидроксихлоридом алюминия (ГОХА) образуют коагулянты для очистки сточных вод.

При электролизе смеси природного бишофита с продуктом растворения алюминия в соляной кислоте наряду с образованием гидроксихлоридов алюминия, хлоридов железа, образуются коллоидные Mg(OH)Cl и Mg(OH)₂, обладающие флокулирующими свойствами.

Пример 1. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного растворения металлического алюминия в 5% растворе соляной кислоты и затем электролиза полученного раствора на железных электродах из стали марки Ст.3.

В сосуд емкостью 2 литра заливали 1 кг 5% раствора соляной кислоты и вносили 14 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в сосуд помещали 4 электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключали к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока 0,5 а/дм². Время электролиза 5 ч. Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,096 г/см³ и содержит в своем составе 14 г алюминия и 6,25 г железа на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 204,5 г/кг и железа 91,02 г/кг. Расход электроэнергии составил 12 Вт/кг жидкого коагулянта.

Снижение плотности тока при электролизе нецелесообразно из-за значительного увеличения времени процесса и повышенного расхода электроэнергии.

Пример 2. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения металлического алюминия в 5% растворе соляной кислоты и затем смешением полученного раствора с природным бишофитом в массовом соотношении(1:1) с последующим электролизом полученного раствора на железных электродах из стали марки Ст. 3. В сосуд емкостью 2 литра заливали 500 г 5% раствора соляной кислоты и внесли 14 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в сосуд добавили 500 г природного бишофита. При этом массовое соотношение 5% соляная кислота/природный бишофит составляет 1: 1. После этого в раствор помещают 4 железных электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключили к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока на электродах 1,0 а/дм². Время электролиза 15 ч. Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,20 г/см³ и содержит в своем составе 12,8 г алюминия, 16,0 г железа и 500 г природного бишофита на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 32,1 г/кг, железа 38 г/кг и природного бишофита 750 г/кг. Расход электроэнергии составил 45 вт/кг жидкого продукта.

Применять концентрацию соляной кислоты менее 5% нежелательно, поскольку в этом случае для химического растворения металлического алюминия требуется нагрев смеси до 80 90^oC.

Пример 3. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного смешения 1 мас.ч. 5% раствора соляной кислоты и 0,01 мас.ч. природного бишофита и растворением металлического алюминия в этой смеси с последующим электролизом полученного раствора на железных электродах.

В сосуд емкостью 2 л заливают 1 кг 5% раствора соляной кислоты и 0,01 кг природного бишофита, затем вносили 20 г металлического алюминия. После полного растворения в полученный раствор помещают 4 железных электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подсоединяли к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания. Установили плотность тока 3 а/дм². Время электролиза 25 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,12 г/см³ и содержит в своем составе 17,8 г алюминия и 16,7 г железа и 10 г природного бишофита на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен кристаллический продукт с содержанием алюминия 173,0 г/кг, железа 109,0 г/кг и природного бишофита 42,0 г/кг. Расход электроэнергии составил 75 Вт/кг жидкого продукта.

Пример 4. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащих коагулянтов путем предварительного растворения металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты и затем электролиз полученного раствора на железных электродах из серого чугуна.

В сосуд емкостью 2 л заливали 1 кг 10% раствора соляной кислоты и вносили 28 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в сосуд поместили 4 электрода из серого чугуна. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключили к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока 3 а/дм². Время электролиза 30 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,16 г/см³ и содержит в своем составе 28 г алюминия и 17,1 г железа на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 186 г/кг и железа 113 г/кг. Расход электроэнергии 234 Вт/кг жидкого коагулянта.

Пример 5. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного растворения металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты и затем электролиз на железных электродах из стали марки Ст.3.

В сосуд емкостью 2 л заливали 1 кг 10% раствора соляной кислоты и вносили 28 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в сосуд помещали 4 электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключали к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока 5,0 а/дм². Время электролиза 20 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,17 г/см³ и содержит в своем составе 28 г алюминия и 16 г железа на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 196 г/кг и железа 108 г/кг. Расход электроэнергии составил 300 Вт/кг жидкого коагулянта.

Повышение концентрации соляной кислоты более 10% нежелательно из-за большого тепловыделения при химическом растворении металлического алюминия, что приводит к большой потери хлористого водорода.

Проведение электролиза при плотности тока выше 5 а/дм² также нежелательно из-за большого разогрева раствора до температуры 60 70^oC. Кроме этого наблюдается большой перерасход электроэнергии.

Пример 6. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты и затем смешением полученного раствора с природным бишофитом с последующим электролизом полученного раствора на железных электродах из стали марки Ст.3.

В сосуд емкостью 2 литра заливали 500 г 10% раствора соляной кислоты и внесли 14 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в сосуд добавили 500 г природного бишофита. При этом массовое соотношение 10% соляная кислота/природный бишофит составляет 1:1.

После этого в раствор помещают 4 железных электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключили к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока на электродах 1,0 а/дм². Время электролиза 10 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,225 г/см³ и содержит в своем составе 14 г алюминия, 17,6 г железа и 500 г природного бишофита на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 35 г/кг, железа 44 г/кг и природного бишофита 750 г/кг. Расход электроэнергии составил 30 Вт/кг жидкого коагулянта.

Пример 7. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного растворения металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты, а затем смешением полученного раствора с природным бишофитом в массовом соотношении 0,01:1 с последующим электролизом на железных электродах.

В сосуд емкостью 2 литра залили 1 кг природного бишофита, затем в отдельной емкости растворили 28 г металлического алюминия в 10% растворе соляной кислоты и полученный раствор в количестве 0,01 кг добавили к 1 кг природного бишофита. После этого в полученную смесь поместили 4 железных электрода из стали марки Ст.3 и установили плотность тока 3 а/дм². Время электролиза 30 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,18 г/см³ и содержит в своем составе 0,28 г алюминия, железа 22,4 г и природного бишофита 600 г на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен кристаллический гигроскопичный продукт с содержанием алюминия 1,6 г/кг, железа 32 г/кг и природного бишофита 902 г/кг. Расход электроэнергии составил 270 Вт/кг жидкого коагулянта.

Пример 8. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного химического растворения алюминия в смеси 10% раствора соляной кислоты и природного бишофита в массовом соотношении (1:1) с последующим электролизом полученного раствора на железных электродах.

В сосуд емкостью 2 л заливали 500 г 10% раствора соляной кислоты и 500 г природного бишофита, затем вносили 14 г металлического алюминия. После полного растворения алюминия в полученный раствор помещали 4 железных электрода из стали марки Ст. 3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подключили к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания (анод). Установили плотность тока 0,5 а/дм². Время электролиза 5 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,231 г/см³ и содержит в своем составе 14 г алюминия, 26,17 г железа и 500 г природного бишофита на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен гигроскопичный продукт кристаллической структуры с содержанием алюминия 32,8 г/кг, железа 61,0 г/кг и природного бишофита 704 г/кг. Расход электроэнергии составил 60 Вт/кг жидкого коагулянта.

Пример 9. В этом примере обосновывается получение хлоралюминийсодержащего коагулянта путем предварительного смешения 1 мас.ч. 10% раствора соляной кислоты и 0,01 мас.ч. природного бишофита и растворением металлического алюминия в этой смеси с последующим электролизом полученного раствора на железных электродах.

В сосуд емкостью 2 л заливали 1 кг 10% раствора соляной кислоты и 0,01 кг природного бишофита, затем вносили 28 г металлического алюминия. После полного растворения в полученный раствор помещают 4 железных электрода из стали марки Ст.3. Расстояние между электродами 10 мм. 1 и 3 электроды подсоединяли к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока (катод), 2 и 4 к положительному полюсу источника питания. Установили плотность тока 5 а/дм². Время электролиза 30 ч.

Полученный жидкий продукт имеет удельный вес 1,19 г/см³ и содержит в своем составе 27,8 г алюминия, 14,3 г железа и 10 г природного бишофита на 1 кг жидкого коагулянта. После сушки получен кристаллический продукт с содержанием алюминия 193,0 г/кг, железа 99,0 г/кг и природного бишофита 42,0 г/кг. Расход электроэнергии составил 180 Вт/кг жидкого продукта.

Пример 10. В этом примере обосновывается применение в качестве коагулянтов продуктов, полученных по примерам 1 9, для очистки сточной воды от нефтепродуктов.

В сосуды емкостью 1,5 литра заливали по 1 л сточной воды с температурой 20^oC и pH 12, содержащей эмульгированные нефтепродукты на основе эмульсола ЭТ-2. В исходной сточной воде содержание нефтепродуктов составляет 19,1 г/л, а ХПК (химическое потребление кислорода) 56720 мг O₂/л. При перемешивании добавляли коагулянты в количестве равном порогу коагуляции в эмульсии. Происходит разрушение эмульсии с выделением нефтепродуктов и очищенной воды. Через 1 ч отстоя, после удаления нефтепродуктов в очищенной воде определяли содержание нефтепродуктов и ХПК. Результаты анализов представлены в таблице.

Таким образом, очистка сточных вод от нефтепродуктов коагулянтами, полученными по примерам 1 9, дает лучшие результаты, чем по прототипу. Исходя из приведенных примеров, способы получения хлоралюминийсодержащих коагулянтов, заключающиеся в использовании на стадии электролиза электродов из железных сплавов, а также природного бишофита, соляной кислоты и металлического алюминия позволяет: во-первых, снизить стоимость получаемых коагулянтов за счет замены дорогого алюминиевого листа на дешевые листы из железных сплавов и отливок, из которых изготавливаются электроды; во-вторых, получены новые коагулянты с широким диапазоном действия при очистке сточных вод от pH 3 до pH 14, в которых активными началами являются соли алюминия, железа и магния; в-третьих, сократился расход дорогого алюминия при производстве коагулянтов; в-четвертых, уменьшается расход алюминия для очистки сточных вод от нефтепродуктов в 1,5 5 раз.